基于逆向FTF法的RFER值地铁车门风险主动管理研究

邹庆春，江现昌，孙敏轩，陶国琴

(南昌轨道交通集团有限公司运营分公司，江西 南昌 330200)

0 引言

FMEA法主要分析系统中每一部件所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，按每一个故障模式的故障等级及其发生概率或危害度进行分类和综合评估[1]。FTA法最初是由美国贝尔实验室H.A.Walso提出，现已在汽车制动系统、地铁车门系统故障诊断等领域进行了应用。与现有方法不同，本文将FMEA与FTA结合起来[2-3]，采用地铁车门可靠性分析的逆向FTF分析方法，从地铁车门核心风险点关门过程进行评估，通过FTA法分析车门关闭故障的所有底事件，运用FMEA法，以及实际运营可靠数据构建RFER值，对剩余寿命评估，将发生概率或危害度高的底事件进行主动管理整改，以提升地铁车门设备的可靠度[4-7]。

1 地铁车门原理

以某地铁车辆电动双向齿带塞拉门为例，地铁车门系统主要由电气、机械2个部分组成。考虑影响运营指标故障主要在于车门无法关闭，对其进行细化分析。电气部分实现数据采集、判断、发送、反馈功能，机械部分完成车门的执行。通过电气、机械2个部分实现开关门、警示灯、蜂鸣器、隔离、解锁、障碍物检测、状态检测、故障预警等功能。地铁车门的控制逻辑如图1所示。

图1 地铁车门控制逻辑图

机械力传递部分:车门EDCU在接收到关门信号后，控制驱动电机动作，通过齿带主动轮、齿带、齿带夹、门板连接板带动门板横线运动；齿带夹上导轨滑块通过运动横梁、左摆杆、解锁拉杆带动电机电机反转且左摆杆实现过“死点”，实现锁死车门。关门力传递如图2所示。

图2 地铁车门关门机械力传递图

基于电气原理、机械力传递，可以知晓车门关门过程的关联与动力驱使在于电机、门控器、齿带传动，是车门可靠性关键影响因子。

2 逆向FTF分析法

为精准提高车门服役效果，考虑地铁建设存在高架线路，在不降低车门密封要求的同时，选择影响乘客服务要求更高的关门过程进行逆向FTF分析。以电动双向齿带塞拉门车门关闭故障作为顶事件进行FTA定性分析得到底事件，运用FMEA法，融合实际运营的RFER值进行分析，找出车门危害性较大的故障模式和底事件，通过主动控制RFER值，以提升地铁车门设备的可靠度。

2.1 FTA分析

以最终影响车门关闭故障作为顶事件，将可能导致车门关闭故障的可能原因进行层次剖析，直至底事件，得出如下故障树，具体如图3、图4、图5所示。

图3 地铁车门关闭故障故障树(一)

图4 地铁车门关闭故障故障树(二) 图5 地铁车门关闭故障故障树(三)

依据故障树底事件分析，车门关闭故障的主要风险点在于关键部位润滑不到位、紧固件、车门尺寸、电气信号以及人为导致故障5个风险点。

2.2 FMEA法的RFER理论

结合地铁车门开关门影响因素，对车门组成部件的故障模式、失效后果、故障检测方法、RFER值(某轨道公司5年数据)进行综合性评定，针对不同风险系数部件进行寿命评估，以制定合理的维修策略。其中，以RFER值围绕城轨运营的关键因子严重度、经济度、频度、修复度确定不同故障模式的运营风险系数量化值，第n个失效模式的危害度计算公式为：

Cn=λ×α×β×θ

(1)

式中：λ为部件失效后的严重度，α为部件失效后产生的直接或间接经济损失，β为故障模式发生故障的频度，θ为故障模式发生后的修复周期。

车门系统关键部件的FMEA表与RFER赋值如表1所示。

表1 构建车门系统关键部件的FMEA表与RFER值赋值

续表1

据FMEA表分析，车门故障风险系数值集中在车门电机、门控器、行程开关等电气部件，机械故障率RFER值在于轴承、齿带等部件选型。

3 维护策略制定

3.1 关键电气部件的寿命评估

对于设备同类性产品的可靠度R(t)是以时间的函数变量，随着时间的延长，该批产品的可靠度会越来越低[8]。当给定可靠水平r，产品可靠度下降到r时的时间为tr，即tr为产品的可靠寿命，用可靠度公式表示为：

R(tr)=r

(2)

当失效服从指数分布时，可靠寿命tr与失效率λ的关系为：

tr=2.302(lg1/r)/λ

1.2.2 保脾手术 生物胶合止血、物理凝固止血和单纯缝合修补3例,脾修补加脾动脉结扎术3例。脾部分切除2例。

(3)

综合车门系统故障危害统计情况、关键模式失效统计、主要箱体实际表现情况，排除气候等外部条件干扰，各关键部件失效服从指数分布，对故障率高的关键设备以可靠性满足0.98时，进行可靠寿命评估详见表2。

表2 地铁车辆车门系统关键设备可靠寿命评估

为提升地铁车辆车门系统安全准点可靠运营，对失效率偏高的关键设备进行可靠寿命评估，地铁车辆门控器需制定不大于0.9年/次定期检修(包含均衡修)的检修策略，车门电机、行程开关等其他电子元件可制定5年的定期检修策略。

3.2 重点机械部件策略制定

在逆向FTF分析基础上，对于高风险事件，融合动态高RFER值进行统计分析，详见表3、表4。

表3 地铁车辆车门系统关键事件统计

表4 地铁车辆车门系统关键事件可靠度评估

运用逆向FTF法分析融合RFER值进行分析，对地铁车门系统关键事件可靠度要求不低于0.98的情况，设备设备紧固件、车门尺寸须予以优化调整，为提升运营服役可靠度，紧固件可制定每年扭力校核，车门尺寸缩小维护频率的方式提升设备可靠度。

3.3 打造检修标准智能诊断

基于RFER理论，根据实时车辆数据，融和危险度(Risk)、频度(Frequency)、经济度(Economy)、修复度(Repair)影响因子，构建动态RFER系数值作为主动管理导向，在实施风险管理后，以某轨道交通线路1个月的动态数据为例，实现对车辆各系统自动化诊断，形成合理性建设性意见，利用大数据对检修周期、检修范围进行智能化管理。该模式可极大减少车间标准管理的工作量，提升规程编写效率，同时以智能化判断，完成技术管理工作，现风险应用占比呈现如图6所示。

图6 RFER值动态管理

4 结论

采用FTA分析车门风险底事件集中性问题，综合FMEA分析表量化融合RFER值风险评估，从设备寿命研究对现阶段车门状态评估可得出以下结论。

2)对失效率偏高的关键设备进行可靠寿命评估，地铁车辆门控器须制定不大于0.9年/次定期检修(包含均衡修)的检修策略，车门电机、行程开关等其他电子元件可制定5年的定期检修策略。

3)对地铁车门系统关键事件可靠度要求不低于0.98的情况，设备设备紧固件、车门尺寸需予以优化调整。为提升运营服役可靠度，可制定紧固件每年扭力校核车门尺寸缩小维护频率的方式提升设备可靠度。

4)采用大数据平台，实现车辆各系统自动化诊断，形成规程合理性优化专业建议报告，利用大数据对检修周期、检修范围进行智能化管理，极大提升技术管理效率。